气象灾害监测预警信息系统开发与应用

保小林，陈 坚

(云南省曲靖市气象局，云南 曲靖 655000)

1 引言

移动通信技术高速发展，国内的手机普及率差不多达到了75%，成为人们日常生活中不可或缺的必需品，通过手机提供气象灾害监测预警服务成为一种更为便捷的方式。本系统的开发应用即是基于移动代理服务器MAS 进行监测预警信息发布，能及时快捷的把监测预警、业务维护通报、查询结果信息发送到用户手机上。

系统的开发应用实现了自动执行，将及时准确地为各级相关领导、干部、应急指挥人员等提供高效服务，使他们能及时掌握预警信息、做出及时应对和部署;对于临时工作汇报、专业气象服务等做到随时随地通过手机即能反馈查询。系统可直接应用于气象部门预警、服务，国土部门滑坡、泥石流、山洪地质灾害监测，水务部门防洪，农林业、烟草、政府应急等部门的生产指导及预警。

2 系统应用结构框图及内容

移动代理服务器MAS 机安装于气象局内网，通过防火墙或路由器NAT 访问Internet，由移动侧VPN 服务器为已建立VPN 加密隧道的MAS 服务器分配移动内网IP 地址，MAS 服务器通过移动内网IP 地址与行业网关或MAS 服务平台进行连接，MAS服务平台通过移动内网IP 地址对MAS 服务器进行服务，预警系统则按《云南省气象灾害预警信号分级发布办法》生成预警信息及接收用户互动信息并反馈气象信息查询结果，通过API 接口服务提交给MAS 服务器。

系统使用C/S 构架，以SQL server 及ACCESS为后台数据库，以Delphi 为前台开发平台，结合SQL结构化查询语言，以API 数据库接口方式进行数据信息的推送。软件以自动执行方式主动通过手机短信实现及时报警、预警，并能接收用户的短信实现互动查询，可服务于气象服务人员、预报人员、地方应急部门、专业气象服务部门等对象。系统按《云南省气象灾害预警信号分级发布办法》实现了1 h 短历时强降水预警、3 h、6 h、12 h 暴雨(高温、寒潮、大风)各色预警提示及实况通报，每天24 h 高温(低温、降水)排行通报、监测站点数据缺测通报、监测站点维护报警(电池告警)、注册手机用户信息维护、软件运行及数据发布日志，用户对任意时间段、地域范围的各气象要素统计分析的手机短信互动查询。

3 系统数据库应用

3.1 本地数据库

采用了ACCESS 数据库，支持同其它数据库管理系统或编程语言的协同开发，它不只是一个本地数据库管理系统，还能链接来自其它Microsoft 数据库、Excel 电子表格、ODBC 数据源其它数据库以及其它数据库资源的表格，甚至能够把数据库表连接起来创建一个新表，极大减少了数据的复杂性并使工作更容易完成。在本系统中作为本地数据库，实现存贮远端SQL Server 数据库连接信息、报警参数及阀值、软件操作用户及口令、用户电话号码及个人信息、部门分类信息、软件运行日志、信息数据发送日志、监测站点数据统计整编，为本系统的软件运行及其它后续数据管理应用分析二次开发提供了数据源支撑。

3.2 资料数据库

使用了Microsoft SQL Server 数据库，建立在成熟而强大的关系模型基础上，可以很好地支持客户/服务器网络模式，能满足各种类型的应用对构建网络数据库的需求，数据库存贮了乡镇区域自动气象站及山洪灾害监测气象站约200 多个站点的每小时或每10 min 加密监测的实测数据。

3.3 MAS 数据库

使用了MYSQL 数据库，运行于Linux 操作系统中，为移动代理服务器MAS的核心数据库，本系统中以API 数据库接口方式进行访问操作。

4 系统软件功能

4.1 短信息通告

短信息通告功能主要实现由软件权限使用者输入文字内容，对系统数据库中所有手机用户进行信息群发，内容可以为任何文字，建议为业务相关内容，支持长短信发送，如:天气预报、预警信息、天气分析、气候评价、软件功能改变、命令形式说明等通告内容，软件将会自动在录入的文字内容前添加标题“［XX月XX日XX 时通告］”。

此功能设置了密码限制，只有输入正确的密码，才能发布短信息通告，确保信息发布的严格、安全性。

4.2 雨量预警

暴雨预警信号分为4 级，分别用蓝色、黄色、橙色、红色表示。

自动在全市所有监测站点当前时次的数据到达5 min 后进行统计分析，12 h 内降水已达50 mm以上，发布暴雨蓝色预警;6 h 内降水已达到50 mm以上，发布暴雨黄色预警;3 h 内降水已达到50 mm以上，发布暴雨橙色预警;3 h 内降水已达到100 mm以上，发布暴雨红色预警;1 h 内降水已达到20 mm以上，发布短历时强降水报警。

1 h 内达到阀值时就及时发布短信并提醒特别关注，3 h、6 h、12 h 累计时间内当达到预警级别时形成预警短信，当统计出现多个预警级别时只发布最高级别预警信息，避免重复、减少短信发布量。

同时次出现多个报警站点信息则按市县地域形成多条短信内容，并按报警站点所属地域的属性发布到相应用户手机中，市属用户接收全市综合信息短信，县属用户接收本县信息短信。如:同一时次会泽范围内出现报警情况，预警信息只会发送给会泽县的用户手机;全市范围内出现报警情况，系统则统计全市情况后只形成一条综合短信发给市属用户手机。

自动为统计信息添加标题，并增加预警级别提示，如发送给会泽县用户的短信:“［2012年8月11日22 点一小时降水报警，单位:mm］者海27.5，出现短历时强降雨，请特别关注!”。发送给市属用户的短信:“［2012年8月11日23 点三小时降水报警，单位:mm］会泽:者海85.9，宣威:务德52.1，降水已达暴雨橙色预警级别，请参考执行!”。

4.3 温度预警

温度预警分为寒潮预警及高温预警2 种。

4.3.1 寒潮预警 信号分为4 级，分别用蓝色、黄色、橙色、红色表示。当每时次的数据到达5 min 后自动对所有监测站点的1 h 最低气温及前1 个20－20 h日界最低气温进行统计分析，当1 h 最低气温≤5℃并且小于日界最低气温6.1～8℃，发布寒潮蓝色预警;当1 h 最低气温≤5℃并且小于日界最低气温8.1～10℃间，发布寒潮黄色预警;当1 h 最低气温≤0℃并且小于日界最低气温10.1～15.9℃间，发布寒潮橙色预警;当1 h 最低气温≤0℃并且小于日界最低气温16℃及以上，发布寒潮红色预警;短信按报警站点所属地域的属性发布到相应用户手机中(参照雨量预警)，如发送给宣威用户的短信:“［2011年12月15日14 点低温报警，单位:℃］乐丰乡2.1，昨天最低气温11.2，已达寒潮黄色预警级别，请参考执行!”。

4.3.2 高温预警 信号分为3 级，分别为黄色、橙色、红色表示。每天10—15 时当每时次的数据到达5 min 后自动对所有监测站点的1 h 最高气温进行统计分析，当1 h 最高气温达35～36.9℃时，发布高温黄色预警;当1 h 最高气温达37～39.9℃时，发布高温橙色预警;当1 h 最高气温达40℃以上时，发布高温红色预警。

短信按报警站点所属地域的属性发布到相应用户手机中(参照雨量预警)，如发送给宣威用户的短信:“［2012年8月10日17 点高温报警，单位:℃］田坝镇35.2，已达高温黄色预警级别，请参考执行!”。

4.4 大风预警

大风预警信号分为4 级，分别用蓝色、黄色、橙色、红色表示。

对全市具有风向风速传感器的所有监测站点当前时次的数据到达5 min 后自动进行统计分析，本时次的1 h 平均风速达13.8～20.8 m/s (风力为7～8 级)，将发布大风蓝色预警;本时次的1 h 平均风速达20.9～28.4 m/s (风力9～10 级)，将发布大风黄色预警;本时次的1 h 平均风速达28.5～36.9 m/s (风力11～12 级)，将发布大风橙色预警;当前本时次的1 h 平均风速达37.0 m/s 以上(风力为12 级以上)，将发布大风红色预警。

短信按报警站点所属地域的属性发布到相应用户手机中(参照雨量预警)，如发送给陆良用户的短信:“［2012年8月11日11 点大风报警，单位:m/s］龙海乡25.1，风力为9～10 级，已达大风黄色预警级别，请参考执行!”。

4.5 天气实况排行

对全市的所有站点实况信息进行统计分析，排行出前10 名的站点及要素值，信息对系统的数据库注册的所有手机用户进行群发，有助于对全市各乡镇的气象总体情况有所掌握。排行榜以每天20 时或08 时为界，到界点时间后及时统计分析并自动发送，20 时发布内容为:24 h 降水排行、最高气温排行、最大风速排行，08 时发布内容为:夜间最低气温排行，并自动在统计信息内容前添加相应标题，如“［2012月8日18日20 点24 小时降水排行前十名］”。

4.6 短信互动

手机用户通过编发短信的方式主动向系统发送请求，系统接收到短信后则进行编译，若正确，按编译的结果对资料数据进行查询统计，最后将结果通过短信反馈给用户手机;若有错误或无法识别的信息，则会发送相应提示短信，请用户核对后重新发送。

4.6.1 短信提交方式 短信方式1:Get##－@ @$ $!获取某地乡镇上到目前为止的几小时内的气象要素统计分析结果。

短信方式2:Get##－@@yyyymmddhhTOyyyymmddhh!获取某地乡镇上从某年月日时到某年月日时时间内的气象要素统计分析结果。

短信方式3:SHGet##－@@ $ $!获取某地山洪灾害布点站到目前为止的几小时内的气象要素统计分析结果。

短信方式4:SHGet##－@ @ yyyymmddhh-TOyyyymmddhh!获取某地山洪灾害布点站任意时间段内的气象要素统计分析结果。

短信方式5:PUT＆＆＆!发送设置命令。

4.6.2 短信提交示例 举例如下:

GetLP－R12!意思是:获取罗平县各乡镇到目前为止的12 h 降水量。

GetXW－R2012080120TO2012081508!意思是:获取宣威市各乡镇从2012年8月1日20 点开始到2012年8月15日08 点截止时间段内的降水。

GetQJ－R24!意思是:获取曲靖市范围内24 h内各乡镇降水分布统计情况，有几个特大暴雨、几个大暴雨、几个大雨、几个中雨、几个小雨，其中列举出降水最多的前5 个站及其降水量。

SHGetHZ－R06!意思是:获取会泽县山洪灾害布点站到目前为止的6 h 降水量。

PUTON!设置“我”的手机接收预警;PUTOFF!设置“我”的手机不需要预警。

4.6.3 短信内容编写详解 短信命令中的Get、SHGet、PUT、－、TO、!为命令关键字，分别代表的意义为:“Get”代表获取乡镇站点要求;“SHGet”代表获取山洪灾害布点站要求;“－”为分隔符号;“TO”表示从…到…时间;“!”为命令结束标志，PUT 代表发送设置情况。

“##”为地域范围代码，只能是QJ 代表曲靖全市，XW 代表宣威市，QL 代表麒麟区，LP 代表罗平县，ML 代表马龙县，SZ 代表师宗县，HZ 代表会泽县，LL 代表陆良县，FY 代表富源县，ZY 代表沾益县。

“@@”为气象要素标示，R 代表降水，HT 代表最高气温，LT 代表最低气温，MW 代表大风。

“$ $”为时长标示，表示到目前为止的几小时，如3 h 为03 或3，24 h 为24。

“yyyymmddhh”为开始或截止时间的年月日时，如2012年8月17日8 点为2012081708。

“＆＆＆”为设置内容，OK 表示已明白，ON 为接收预预警，OFF 为不需要预警。

短信命令中的字母不区分大小写，命令中无空格，只有注册到本系统的数据库中的手机号码用户才能实现短信互动查询。

4.7 业务维护通报

系统自动对监测站点工作状态进行监控，当站点电池过弱则每天报警一次，当数据出现缺测时，则进行缺测通报。有利于业务人员即时发现问题并对设备进行维修维护，有力地保障了监测设备的正常运行。

4.7.1 自动站电池电量报警 自动气象站的供电系统采用的是太阳能充电和免维护蓄电池续行方式。太阳能电池的额定功率是12 w，正常情况下输入端口电压值为6.9～8.0 V，蓄电池在白天太阳能充足的情况下，工作电压应当在6.7～8.5 V 左右，在夜间，蓄电池工作电压应当在6.3 V 左右。如果蓄电池电压＜5.5 V，自动站就停止工作。自动站的电池每天都在充放电，充放电次数越多，可循环的次数就越少，性能也在下降，特别是在连续阴天，太阳能电池补充电量小，电池较弱将导致数据缺测，因此在电池电压于夜间减少为5.9 V 以下时应尽快提前进行更换。

当某站点电池电量在夜间低于5.9 V 时，系统会将短信发送到所属县局维护人员手机中，提醒站点电池太弱请尽快组织人员进行更换;同时把当天的全市站点电池电量偏弱的统计汇总情况通过短信发送到时市局业务管理人员手机上，有利于市局管理人员对县局维护情况的监督和管理。

4.7.2 监测站点缺测通报 每天07 时—22 时30分之间在每个整点时次15 min 后进行检测，统计情况按分县及全市两种类型进行缺测情况通报，分县缺测统计通报发布给相应县气象局业务人员，全市缺测统计通报则发布给市气象局管理人员，及时提醒气象业务人员了解缺测站点具体故障原因并及时进行故障排除或维修维护。

当数据连续缺测时，将连续进行通报，直到县局人员进行回复确认，例如:“［8月25日13 点自动站缺测通报］会泽县:大桥乡，可能是电池或其它原因导致自动站数据缺测，请县局组织人员查明情况或进行维修维护!回复‘putok!’后，系统则停止当天的继续通报。”会泽县局的人员回复短信“putok!”后，系统自动回复短信为“［8月25日13 点19分缺测处理报告］会泽局·XXX 互动回复:已收到通报，将组织人员查明自动站缺测原因并进行相应处理。”，并停止对会泽县当天的连续缺测通报。

4.8 系统参数

4.8.1 手机号码及个人用户信息维护 手机号码及个人用户信息存贮于本地数据库中，软件提供操作人员进行浏览、修改、删除、增加等方式，字段包括地域(县、市)、部门、姓名、电话号码、发送否、缺测通报否、电池电量报警否、短信互动否，前两个字段修改或增加时实现数据可选方式，后面的逻辑性字段默认为“是”，电话号码为长整型。防止误修改，除浏览外其它操作均要作修改密码验证后方可执行。

4.8.2 参数(阀值)设置及功能开启 系统参数(阀值)包括设置1 h、3 h、6 h、12 h 雨量阀值，最高气温、最低气温、大风风速、电池最低电压阀值;是否需要1 h、3 h、6 h、12 h的降水预警或高温预警、寒潮预警、大风预警、电池低电压报警、站点缺测报警;是否需要通报24 h 降水排行、24 h 最高气温排行、24 h 最低气温排行;是否允许手机用户短信互动查询。

为减少不必要短信的发送，提高系统整体效率，在夏秋季节可设置取消寒潮预警、24 h 最低气温排行，冬春季节取消高温预警、24 h 最高气温排行、大风预警。

4.8.3 数据库参数设置 设置对MYSQL 数据库及SQL SERVER 数据库的连接访问参数。

4.9 系统日志

系统日志包括软件运行日志和信息处理发送日志，软件运行日志记录了每次软件的开始运行、关闭事件、软件故障情况及参数(阀值)设置情况和时间记录，便于管理员对软件的运行情况进行掌握。信息处理日志则记录了每次信息处理的时间、报警预警的信息内容、短信互动查询人员及反馈查询内容，每条记录均可实现详细查阅显示。

5 系统业务化运行效果

市、县地域范围广，监测站点多，通过系统运行实现自动监测预警，各级部门都能得到及时预警并能做出及时应对，几乎不会错过一次漏报预警和服务情况，气象业务人员能在更短时间内对因电池原因可能出现的问题或对已出现故障的站点及时发现并进行维护，各部门随时随地均能通过手机短信查询所有站点的各种统计信息。系统的应用可直接服务于气象部门监测预警、设备维修维护，并延伸服务于国土部门滑坡、泥石流、山洪地质灾害监测与水务部门防洪及农林业、烟草、政府应急等部门的及时预警和资料数据查询。

［1］杨章伟.精通SQL 语言与数据库管理［M］.北京:人民邮政出版，2008.6.

［2］林华聪，余剑锋.Delphi 6 数据库设计思想与实践［M］.北京:冶金工业出版，2002.